摘要：船舶与海洋工程结构中由于材料本身缺陷或服役过程中产生的细小裂纹,使结构不可避免地产生裂纹损伤,造成应力集中而破坏。为了研究含裂纹缺陷低合金钢构件的裂纹扩展行为,以应用广泛的Q345钢为研究对象,基于近场动力学(Peridynamics,PD)理论提出一种改进的双参数PD方法。首先考虑PD力的非局部长程力特性,推导对应的键刚度系数;其次,根据含裂纹缺陷Q345钢拉伸破坏的线性和非线性的力学行为,构建双参数PD本构力函数的基本形式。通过研究不同双裂纹间距、长度和角度的Q345钢裂纹扩展行为,与试验结果对比验证本文改进的双参数PD方法的准确性,并且给出交变荷载情形下疲劳裂纹扩展的计算方法。结果可为船舶钢构件的优化设计和断裂预防提供参考。

摘要：通过试验和基于FRANC 3D与ABAQUS联合仿真的方法对2024-O高配铝合金搅拌摩擦焊预制裂纹于焊核区、热影响区和垂直于焊缝方向的裂纹扩展行为进行了分析及寿命预测。结果表明,预制裂纹于3个区域裂纹扩展路径和裂纹扩展速率的仿真结果与试验结果基本吻合;预制裂纹于3个区域的裂纹扩展寿命由短到长依次为:焊核区、热影响区、垂直于焊缝方向;通过FRANC 3D对3种试样进行寿命预测结果与试验结果的相对误差在5%左右,验证了通过联合仿真的方法对焊接接头分区域模拟高配铝合金搅拌摩擦焊裂纹扩展行为和寿命预测的准确可行性。

摘要：为监测装备服役过程中应力腐蚀裂纹扩展,以预制裂纹的高强度铝合金双悬臂试样为研究对象,对应力腐蚀裂纹扩展开展研究。首先,阐述了应力腐蚀裂纹扩展机理,通过Matlab仿真确定了试样应力腐蚀裂纹扩展尖端x方向、y方向应变与裂纹长度关系为线性关系;采用Abaqus有限元仿真进一步确定了裂纹扩展尖端应力集中区域,确定出布置光纤距裂纹尖端为10和15 mm;针对布拉格光纤光栅应力腐蚀裂纹扩展感知技术进行研究,确定出光栅温度补偿模型;最后,对腐蚀裂纹扩展中布拉格光纤光栅传感器进行标定裂纹长度与布拉格光纤光栅传感器波长变化量之间的关联关系,结果表明裂纹长度与波长变化量相关性分别为R^(2)=0.9893、R^(2)=0.9870;在海南万宁搭建了户外暴露试验系统,通过组网实现铝合金应力腐蚀裂纹扩展原位监测,监测数据表明在采用温度补偿后,靠近裂纹尖端10 mm布置的传感器测量误差仅2.61%,监测结果可为装备的服役提供数据支撑。

摘要：飞机机身壁板裂纹扩展分析是飞机损伤容限设计的重要任务之一。从损伤容限试验与有限元仿真两方面分析了含纵向裂纹飞机机身内压壁板的裂纹扩展行为与剩余强度特征。采用卧式自平衡试验装置对机身壁板施加内压载荷,以分析壁板的损伤容限特性。并基于有限元方法模拟内压壁板裂纹尖端的应力场分布,基于断裂力学理论计算得到不同长度裂纹的等效应力强度因子和裂纹扩展分析结果。将裂纹扩展结果与试验结果进行对比,证明了分析方法的可行性,为飞机机身内压壁板的损伤容限分析提供参考。

摘要：为探究在爆炸载荷作用下含两条垂直预制缺陷岩体的爆生裂纹扩展行为,采用数字激光焦散线方法开展了一系列双垂直裂隙模型爆破实验,展现了爆生裂纹演化过程,揭示了单孔装药量对含缺陷岩体裂纹扩展行为(裂纹扩展长度、应力强度因子、扩展速度和起裂时间等)的影响规律。研究结果表明:随着单孔装药量增加,双垂直裂隙端部的裂纹扩展长度、裂纹扩展速度、裂纹起裂韧度和应力强度因子均呈增加趋势。对于裂纹J_(u),单孔的药量对裂纹扩展速度影响较小,并且裂纹扩展极限速度约为横波速度的0.38倍;对于迎爆端裂纹D_(l)和背爆端裂纹D_(r),随着单孔药量的增加,裂纹D_(l)和D_(r)的起裂时间减小,但裂纹D_(l)和裂纹D_(r)的峰值应力强度因子增大。相比于裂纹D_(l),裂纹D_(r)的应力强度因子和扩展长度增加显著。当爆炸应力波作用于缺陷B两端部的能量足以使两侧裂纹扩展时,裂纹D_(l)比裂纹D_(r)先起裂。单孔药量的增加能够增大裂纹D_(r)的扩展速度,但是对裂纹D_(l)扩展速度影响较小。研究结果可为含缺陷岩体在爆破荷载作用下的断裂行为提供实验参考,有助于含缺陷岩体爆破安全设计工作。

摘要：【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%~52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在管道设计与建设施工中,应适当控制母材强度上限,确保焊缝为等强或高强匹配,减小焊缝开裂风险,提升高钢级管道的本质安全。

摘要：液态CO_(2)相变作用时的射流形状与冲击方向影响着破岩效果。基于自行构建的试验系统,结合LS-DYNA数值模拟,研究了双孔液态CO_(2)在不同气流释放方向组合下的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双孔X方向相背冲击时,岩石裂纹并不能在两孔之间扩展贯通。双孔X方向相对冲击时,两孔之间形成贯穿裂纹。双孔Y方向同向冲击时,裂纹沿初始冲击方向扩展,并在孔周围扩展形成多条裂纹。数值模拟结果表明:在不同释放口组合冲击作用下,X方向相对冲击时裂纹在两孔之间形成贯穿,初始裂纹继续扩展贯穿至前后侧面。X方向相背冲击下的试样裂隙主要向预留孔四周扩展。Y方向同向冲击下试样内部裂隙沿初始气流冲击方向的反方向扩展,并未形成贯穿裂纹。从裂纹定向扩展效果而言,双孔X方向相对冲击效果最好,Y方向同向冲击次之,X方向相背冲击最差。从顶面主裂纹扩展数量而言,X方向相背冲击最多,Y方向同向冲击次之,X方向相对冲击最少。研究结果可为CO_(2)冲击致裂技术应用提供指导。

摘要：为了分析涡轮盘轮缘榫槽等几何不连续部位对疲劳裂纹萌生及小裂纹扩展行为的影响,基于FGH96粉末盘实际构型设计结构特征模拟件,并对其在高温条件下开展自然萌生疲劳小裂纹扩展试验,通过疲劳中断试验和表面复型技术对榫槽和螺栓孔结构模拟件在500℃下的裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了观测和分析。结果表明:2种结构模拟件缺口表面存在多裂纹萌生现象,随着应力水平的降低,裂纹萌生位置由表面晶界转变为近表面特定方向的晶面以及非金属夹杂物处;2种结构模拟件裂纹萌生寿命占比约为36%~73%,且随着应力水平的降低而提高,裂纹扩展至工程可检裂纹尺寸时的寿命占比约为82%~96%,应力水平对其影响相对较小;特征模拟件缺口附近高水平的塑性变形能够导致小裂纹扩展速率分段特征现象消失,并延缓裂纹扩展过程中的合并行为,延长裂纹扩展寿命。

摘要：随着地下工程深度的增加,地应力对爆炸引起的断裂影响不容忽视。为了探讨地应力大小和方向对岩体爆破的影响,文章以花岗岩为研究对象,通过有限元程序LS-DYNA和颗粒流程序(Particle Flow Code,PFC)相结合的爆破模拟方法研究了爆炸冲击波下地应力对岩石裂纹扩展的影响。结果表明:双轴等压应力对岩石近场裂纹的影响较小,而对远场裂纹发育有较大的抑制作用;单轴应力条件下,与应力垂直方向的压缩效应得到增强,而拉伸效应受到抑制,应力垂直方向的裂纹数量远小于平行方向的。

摘要：为掌握逐孔起爆孔间延期时间对爆破破岩效果的影响规律,采用数值模拟手段,以某矿山灰岩为例,建立了双孔爆破数值模型,并标定了灰岩RHT本构模型的34个参数。模拟结果表明:逐孔起爆时,应力增强现象随着延期时间的增大而增大,但当Δt由0增大到80μs时,孔间叠加产生的应力增强可以忽略不计;先爆孔的裂纹扩展面积随着延期时间的增加而增大,后爆孔的裂纹扩展面积随着延期时间的减小而减小,孔间裂纹扩展的宽度随着延期时间的增加而增大。研究成果为数码雷管精确延时性能的推广应用提供了设计依据。